大力开展能源转型和清洁能源利用是实现碳中和的必要条件。我国太阳能资源越丰富的地区,往往冬季越是寒冷,将夏季丰富的太阳能跨季节转移到寒冷的冬季是实现清洁供暖的梦想。基于水合盐与水蒸气的可逆水合/脱水反应的热化学储热技术,具有能量密度高、无需绝热防护、储存周期长等优点,是进行跨季节储热的最佳选择。其中氯化钙水合物因价格低廉、环境友好、反应温度区间与建筑供暖相匹配等优点,受到研究者的广泛关注。然而,热化学储热系统由于水合盐普遍存在反应性低、稳定性差造成渗漏以及反应器传热传质能力差等问题,导致实际储热密度不到理论储热密度的30%。为此,本文从氯化钙吸附储热材料微结构调控、反应动力学强化、物理/化学稳定性方面展开研究,并提出从材料层面构建太阳光直驱热化学储热系统,为发展先进水合盐热化学储热和太阳能热利用技术奠定基础。针对水合盐液解滴漏的问题,采用多孔材料负载水合盐的方式改善材料的结构稳定性和传质性能,其关键在于基体孔结构。本文首先以天然矿物硅藻土作为基体,通过酸洗、碱洗处理优化孔结构,探究基体孔结构对复合储热材料的反应性能、能量密度的影响。结果表明酸洗可疏通硅藻土的大孔结构,为负载氯化钙提供更多空间。在此基础上碱洗处理可产生更多2-4 nm和15-50 nm的介孔,为水蒸气的扩散提供传质通道。碱洗硅藻土负载氯化钙具有最高的水蒸气吸附量,其能量密度达到808 J/g,相比未改性硅藻土负载氯化钙提高了38%。进一步筛选新型多孔矿物材料,以海泡石（介孔）、硅藻土（大孔）和膨胀珍珠岩（泡沫状大孔）为基体,研究典型孔结构对基体负载氯化钙的反应性能、能量密度和结构稳定性的影响。相比海泡石和硅藻土,膨胀珍珠岩的泡沫状大孔结构有利于负载更多的氯化钙,提高水蒸气吸附量及能量密度,同时由于泡沫大孔的表面张力避免溶液泄露。膨胀珍珠岩负载氯化钙具有最高的水蒸气交换量1.30 g/g,对应储热密度高达2179 J/g。因此高孔隙度的泡沫状大孔作为基体,实现复合储热材料结构稳定性和能量密度的协同强化。常规储热材料无法直接吸收太阳能,导致储热系统组成复杂、运行困难。本文设计蜂窝状大孔碳负载氯化钙复合吸附剂,一方面碳材料光热转化性能优异,另一方面高孔隙度大孔结构为水合盐负载提供空间。首先对天然软木塞碳化得到多孔碳材料,探究碳化温度对材料孔形状及水合盐负载量的影响,结果表明800℃碳化可得到孔结构规整的蜂窝状大孔碳,水合盐负载量高达34%。在此基础上,探究了氧化改性处理对基体孔结构表面极性以及水合盐负载量的影响,结果表明氧化处理增强了基体表面的亲水性而不损坏基体原有大孔结构,进而提高了基体对水合盐的相容性,水合盐负载量增加到56%。通过相关性分析发现,复合吸附剂中水合盐负载量与吸附容量呈正相关,进而影响到循环中的能量密度。800℃碳化、氧化基体负载水合盐的能量密度最高,达到1353 J/g,对应的水交换量为1.02 g/g。在模拟太阳光照射下,由于碳基体的高光热转化效率,复合吸附剂表面温度在1 h内可达70℃,可为水合氯化钙的原位脱附提供热能,实现太阳光直驱热化学储热。多孔基体负载水合盐可一定程度解决液解、泄露的问题,然而开孔结构使得材料无法同时兼顾结构稳定性和能量密度。为此提出了一锅热解法制备石榴型碳包覆吸附剂,将氯化钙纳米颗粒包覆在多孔碳骨架内,研究包覆型吸附剂的能量密度和结构稳定性。结果表明,在相同水合盐含量情况下,相比于多孔基体负载氯化钙吸附剂,碳包覆吸附剂具有更好的防滴漏性能。通过改变碳前驱体添加量调控复合储热材料中各组分的含量,Ca/CT40-700的活性组分氯化钙含量可高达89%,在20℃,RH 60%条件下吸附容量高达1.13 g/g。碳壳层起到光热转化作用,将热能从壳层向颗粒内部传输,实现光驱直储。在模拟太阳光照射230 min后,Ca/CT200-700的体积储能密度为254 kW·h/m3,对应含水量变化0.81 g/g,与众多负载型复合吸附剂相比处于较高水平。碳包覆氯化钙吸附剂虽然具有良好的光驱直储性能,然而粉体材料在固定床反应器中存在压降高、传质受阻的问题。基于实际应用的需求,设计大颗粒碳包覆吸附剂并进行批量化制备,将氯化钙分散在膨胀珍珠岩基体的泡沫状大孔,随后在颗粒外部包覆碳薄层,对大颗粒碳包覆吸附剂的结构特性、储热性能进行研究。结果表明,基体的大孔结构保证高水合盐负载量和传质性能,通过改变碳前驱体溶液浓度控制碳含量,从而保证高水合盐负载量。碳壳层增强了材料的光热转换性能,热量可以直接从外壳传递到内部用于水合盐的解吸。EP/[email protected]在20℃,RH 80%的条件下吸附容量为1.22 g/g,在1 kW/m2光照2 h后,水分脱除率达到84%,该过程储热密度为1698 J/g。基于此大颗粒核壳吸附剂,提出了太阳光直驱吸附储热系统并进行小试实验。含水吸附剂放置在户外阳光下2 h,可实现水蒸气的完全脱附,进行高效储热。将干燥后的吸附剂放置在固定床上进行吸附放热测试,气体温度提升5℃超过10 h,证明光驱直储系统的可行性。